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新型主動(dòng)式光柵皮爾茲PILZ編碼器研究
PILZ編碼器被廣泛應(yīng)用于精密位置測量和精密運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。由于在規(guī)尺上具有*重復(fù)的周期結(jié)構(gòu)，大多數(shù)PILZ編碼器只能測量相對位置的變化。而少數(shù)PILZ編碼器運(yùn)用固定的圖案區(qū)別了這些重復(fù)的周期結(jié)構(gòu)，因此可對位置進(jìn)行測量。然而這些被動(dòng)式PILZ編碼器的規(guī)尺制造難度大、成本大，其定位的方法較為固定和繁瑣。

新型主動(dòng)式光柵皮爾茲PILZ編碼器研究
PILZ提了出一種新型主動(dòng)式光柵PILZ編碼器，可對平面位置進(jìn)行納米精度的測量。這種PILZ編碼器利用可實(shí)時(shí)控制圖案的平板顯示器作為其光柵，通過相機(jī)對顯示器微觀像素進(jìn)行高速掃，實(shí)現(xiàn)了一種光柵圖案可實(shí)時(shí)改變的主動(dòng)式PILZ編碼器。較現(xiàn)有技術(shù)而言，使用平板顯示器代替了傳統(tǒng)平面光柵實(shí)現(xiàn)光柵圖案可控，并且提供了更為快捷有效的定位模式?；谶@種由平板顯示器組成的平面光柵，運(yùn)用了相位關(guān)聯(lián)的方法對光柵進(jìn)行細(xì)分。這種方法把連續(xù)的平面位置變化細(xì)分成為離散的相位變化，而且這種細(xì)分的程度可達(dá)8000倍，以至于可以測量到微小至納米精度的位置變化。利用這種線性位置變化的測量方法，主動(dòng)式光柵PILZ編碼器實(shí)現(xiàn)了對平面上X,Y方向上的位置的精密測量，以及方向上的極小角度的精密測量。為了提高這種主動(dòng)式光柵PILZ編碼器的頻率響應(yīng)特性，同時(shí)提出了一系列提速方法以及快速算法。運(yùn)用局部畫幅傳輸?shù)哪Ｊ?，以提高相機(jī)對顯示器光柵的掃描速度到550fps。通過事先對基礎(chǔ)頻率的辨識(shí)，在相位計(jì)算中的快速傅里葉變換算法速度提高了100倍以上。同時(shí)，計(jì)算相位角的反正切函數(shù)被簡單的線性補(bǔ)償方法取代，也將其運(yùn)算速度提高了6倍左右。也構(gòu)建了主動(dòng)式光柵PILZ編碼器的計(jì)算仿真模型，以探究其位置測量精度的極限以及系統(tǒng)參數(shù)對測量精度的影響。在構(gòu)建的平板顯示器發(fā)光模型，相機(jī)采樣模型以及系統(tǒng)噪音發(fā)生模型中，進(jìn)行對顯示器制造誤差，不同相機(jī)分辨率，不同噪音強(qiáng)度，不同顯示器像素大小等條件的仿真。得出了它們對系統(tǒng)測量結(jié)果的影響關(guān)系，從而指導(dǎo)了PILZ編碼器原型的設(shè)計(jì)。通過兩臺(tái)相機(jī)分別掃描顯示器構(gòu)成平面光柵的X和Y方向，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠測量X,Y方向上位移以及方向極小角度旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)式光柵PILZ編碼器原型。通過系統(tǒng)矯正和圖像濾波處理，這個(gè)PILZ編碼器原型實(shí)現(xiàn)了在X方向上3.2 nm,在Y方向上7.2 nm的位置測量分辨率，以及在方向0.42的極小角度測量的分辨率。

新型主動(dòng)式光柵皮爾茲PILZ編碼器研究
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